2. Коэффициент относительной сжимаемости

Компрессионной кривой пользуются для определения осадок фундаментов. После возведения сооружения давление на грунт под подошвой фундамента изменяется от природного давления до значения , незначительно отличающегося от . Вследствие этого компрессионную кривую можно в интервале аппроксимировать секущей прямой (рис. 2 .6-б). Уравнение этой прямой будет:

. (2.0)

Величина характеризует сжимаемость грунта в пределах изменения давления от до , поэтому ее называют коэффициентом сжимаемости и обозначают буквой :

. (2.0)

По рис. 2 .6 можно найти значение коэффициента сжимаемости:

. (2.0)

Здесь - дополнительное давление сверх природного, равного:

,

где: - средняя плотность грунта в пределах глубины взятия образца; - ускорение свободного падения; - удельный вес грунта.

При определении удельного веса выталкивающее действие воды необходимо учитывать только в тех случаях, когда подземные воды на данной глубине воздействуют на скелет грунта в течение всего периода после отложения верхних слоев грунта до настоящего времени.

После замены в выражении ( 2 .0) на , уравнение прямой, аппроксимирующей компрессионную кривую, запишется в виде:

. (2.0)

Приравнивая правые части ( 2 .0) и ( 2 .0), получим:

;

откуда:

. (2.0)

Правая часть ( 2 .0) является относительной деформацией грунта, отнесенной к давлению, поэтому оба выражения, входящие в ( 2 .0), называются коэффициентом относительной сжимаемости:

. (2.0)

И коэффициент сжимаемости , и коэффициент относительной сжимаемости имеют одинаковую размерность - .

3. Закон уплотнения и линейная деформируемость грунтов.

Продифференцировав ( 2 .0), получим:

(2.0)

Это выражение называется законом уплотнения грунтов:

изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Зависимость ( 2 .0) можно переписать в виде:

. (2.0)

Если компрессионную кривую представить в виде прямой, то из ( 2 .0) следует, что коэффициент относительной сжимаемости грунта является константой для каждого грунта. Учитывая, что левая часть в выражении ( 2 .0) является относительной деформацией грунта, можно сформулировать принцип линейной деформируемости грунта:

при небольших давлениях относительная деформация грунта прямо пропорциональна давлению.

Однако в некоторых случаях этот принцип приводит к значительным расхождениям между рассчитываемыми и наблюдаемыми в натуре деформациями. Поэтому в последнее время исследователи стремятся учесть нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями.

4. Структурная прочность грунтов.

Структурной прочностью грунта называется напряжение , при котором разрушаются структурные (водно-коллоидные или кристаллические) связи.

Уплотнение связных грунтов начинает происходить лишь после разрушения структурных связей, при . Компрессионная кривая для таких грунтов имеет вид, показанный на Рис. 2 .7.

Определить структурную прочность грунта по компрессионной кривой трудно, так как начальный участок кривой обычно имеет выпуклость. Объясняется это нарушением структуры образца, которая происходит по следующим причинам:

• при отборе монолитов из скважины, хранении их и взятии образца в одометр;

• при сжатии образца разрушение структурных связей сначала происходит в отдельных, наиболее напряженных точках контактов частиц даже при незначительном давлении.

Более четко начало первичного сжатия грунта ( ) выявляется при использовании компрессионной кривой, построенной в полулогарифмической системе координат (рис. 2 .7,б).

В этом случае компрессионной кривой первичного сжатия будет прямая ВС. Продолжение этой прямой вверх до пересечения с горизонтальной линией АВ’, соответствующей значению начального коэффициента пористости , позволяет найти величину .

Рис. 2.7. Компрессионные кривые грунта, обладающего структурной прочностью

а) в простой системе координат; б) - в полулогарифмической системе координат